Sts大车防阵风控制系统
阅读说明：本技术 Sts大车防阵风控制系统 (The anti-fitful wind control system of STS cart ) 是由 陈智培 于 2019-09-02 设计创作，主要内容包括：一种STS大车防阵风控制系统,其中,增速器连接在从动轮的轮轴上,该增速器连接速度编码器,变频器连接速度编码器和行走电机。大车手柄操作控制器给定的“大车手柄给定速度”和“大车手柄给定最大速度”或大风选择开关命令通过PLC限制大车行走给定速度的最大速度为20％的大车手柄给定最大速度通过PLC控制器输出大车行走给定速度给变频器,再由变频器根据大车行走给定速度运行大车；且该变频器实时对PLC控制器输出的大车行走给定速度和大车行走实时速度两者之间的偏差值补偿。风速仪传感器采集实时风速输入给PLC控制器,并由PLC控制器通过计算得出“实时风速给定大车行走速度”。整个控制系统可实现自动控制和手动控制,实时故障检测功能,确保STS大车在受阵风影响时能够安全、可靠、有效的运行。(A kind of anti-fitful wind control system of STS cart, wherein speed increaser is connected on the wheel shaft of driven wheel, the speed increaser connection speed encoder, frequency converter connection speed encoder and movable motor.Big cart handle operation controller given " big cart handle given speed " and " big cart handle gives maximum speed " or strong wind select switch command to limit the maximum speed of large vehicle walking given speed by PLC and export large vehicle walking given speed to frequency converter by PLC controller for the 20% given maximum speed of big cart handle, then run cart according to large vehicle walking given speed by frequency converter；And the frequency converter in real time compensates the deviation of the large vehicle walking given speed and large vehicle walking real-time speed of PLC controller output between the two.Anemobiagraph sensor acquires real-time wind speed and inputs to PLC controller, and by PLC controller by the way that " real-time wind speed gives large vehicle walking speed " is calculated.Entire control system can realize automatic control and manually control, real-time fault detection function, it is ensured that the operation that STS cart can be safe, reliable and effective when by gust influence.)
技术领域
本发明涉及一种用于岸边集装箱起重机STS大车(以下简称STS大车) 防风控制系统，具体涉及STS大车防阵风控制系统。
背景技术
如图6所示，在现有技术中，岸边集装箱起重机STS大车在静止状态下 设有夹轮器等防止大风的保护装置，而STS大车行走控制方式为先打开STS 大车的主动轮制动器、夹轮器等防止大风的保护装置及后,才建立驱动STS 大车行走电机的励磁开环控制模式，STS大车行走时容易受外界干扰，实际 STS大车行走速度与该开环控制模式的给定行走速度不一致，且无法补偿。 在STS大车运行时则无法起到防风的作用。
其主要缺点在于：
1、STS大车行走是开环控制模式，控制精度低，容易受外界干扰。 实际STS大车行走速度与该开环控制模式的给定行走速度不一致无法补 偿。
2、STS大车受大风影响时，无法对STS大车行走进行调整和控制。
3、STS大车受大风影响时，行走大车速度过快，容易导致大车制动 器失灵，无法安全、可靠的停止，产生安全事故。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种STS大车防阵风控制系统， 整个控制系统可实现自动控制和手动控制，实时故障检测功能，确保STS大 车在受阵风影响时能够安全、可靠、有效的运行。
为达成上述目的，本发明采用如下技术方案：
STS大车防阵风控制系统，包括驱动大车机构，该驱动大车机构包括主 动轮，该主动轮驱动从动轮；还包括连接PLC控制器的风速仪传感器、大车 手柄操作控制器、一变频器、增速机构和一大风选择开关；
增速机构，装设在从动轮上；包括增速器、速度编码器和驱动主动轮的行走 电机；所述增速器连接在从动轮的轮轴上，该增速器的末端连接速度编码器； 变频器，连接速度编码器和行走电机；
大车手柄操作控制器给定的“大车手柄给定速度”和“大车手柄给定最大速 度”或大风选择开关手动命令通过PLC限制大车行走给定速度的最大速度为 20％的大车手柄给定最大速度通过PLC控制器输出“大车行走给定速度”给 变频器，再由变频器根据“大车行走给定速度”驱动行走电机通过主动轮行 走大车；且该变频器实时对PLC控制器输出的“大车行走给定速度”，和速度 编码器实时反馈的“大车行走实时速度”两者之间的偏差值补偿。
风速仪传感器，采集实时风速输入给PLC控制器，并由PLC控制器通过计算 得出“实时风速给定大车行走速度”。
如上所述的STS大车防阵风控制系统，“实时风速给定大车行走速度” ＝(大车行走最大风速-实时风速)*(大车行走最大风速-实时风速)/196* 大车手柄给定最大速度。
如上所述的一种STS大车防阵风控制系统，当风速仪传感器监测到实时 风速大于正常工作最大风速20m/s，小于大车行走最大风速34m/s时；大 车手柄给定速度及大车手柄给定最大速度由大车手柄控制器输入给PLC控制 器的，若大车手柄给定速度/大车手柄给定最大速度大于实时风速给定大车行 走速度/大车手柄给定最大速度时，则大车行走给定速度为实时风速给定大车 行走速度；若大车手柄给定速度/大车手柄给定最大速度小于实时风速给定大 车行走速度/大车手柄给定最大速度时，则大车手柄给定速度为大车行走给定 速度。该大车行走给定速度由PLC控制器输出给变频器，由变频器驱动大车 机构的主动轮上的行走电机运行STS大车。若有故障时,PLC控制器输出故 障信号可以传入STS大车的故障监控管理系统。
如上所述的一种STS大车防阵风控制系统，操作“大风选择开关”手动 命令通过PLC控制器限制大车行走给定速度的最大速度为20％的大车手柄给 定最大速度；当“大风选择开关”选择时，若大车手柄给定速度/大车手柄给 定最大速度大于20％且实时风速给定大车行走速度/大车手柄给定最大速度 大于20％时，则大车行走给定速度为20％的大车手柄给定最大速度；若大车手 柄给定速度/大车手柄给定最大速度大于20％且实时风速给定大车行走速度/ 大车手柄给定最大速度小于20％时，则实时风速给定大车行走速度为大车行 走给定速度；若大车手柄给定速度/大车手柄给定最大速度小于20％且大车手 柄给定速度/大车手柄给定最大速度大于实时风速给定大车行走速度/大车手 柄给定最大速度时，则大车行走给定速度为实时风速给定大车行走速度；若 大大车手柄给定速度/大车手柄给定最大速度小于20％且大车手柄给定速度/ 大车手柄给定最大速度小于实时风速给定大车行走速度/大车手柄给定最大 速度时，则大车手柄给定速度为大车行走给定速度；该大车行走给定速度由 PLC控制器输出给变频器，由变频器驱动大车机构的主动轮上的行走电机运 行STS大车。若有故障时,PLC控制器输出故障信号可以传入STS大车的故 障监控管理系统。
如上所述的STS大车防阵风控制系统，当风速仪传感器监测到实时风速 大于大车行走最大风速34m/s时，大车在运行中及时降低大车行走速度直至 停止大车运行，大车未运行时禁止运行大车行走。
如上所述的STS大车防阵风控制系统，当风速仪传感器监测到实时风速 小于正常工作最大风速＝20m/s，处于无大风正常工作模式下时，大车手柄给 定速度为大车行走给定速度。
如上所述的STS大车防阵风控制系统，风速仪传感器通过4-20mA信号 控制信号电缆连接到PLC控制器；“大车手柄操作控制器”和“大风选择开 关”设置在司机室，所述“大车手柄操作控制器”通过通信电缆或控制信号 电缆连接到PLC控制器，所述“大风选择开关”通过控制信号电缆连接到PLC 控制器；PLC控制器与变频器采用通信电缆连接；变频器与从动轮上的速度 编码器采用控制信号电缆连接；变频器与行走电机采用电源控制电缆连接。
如上所述的STS大车防阵风控制系统，司机在操作STS大车启动时，是 由大车手柄操作控制器给定大车行走命令后，通过PLC控制器通过变频器控 制行走电机启动STS大车。
如上所述的STS大车防阵风控制系统，所述从动轮包括海侧从动轮和陆 侧从动轮，所述增速机构装设在海侧从动轮或陆侧从动轮上。
如上所述的STS大车防阵风控制系统，所述增速器和速度编码器固定在 一支座上，一不锈钢防护罩罩设在增速器和速度编码器外，并固定连接在支 座上。
基于上述技术方案，本发明产生如下技术效果：
一是，STS大车受大风影响时，可实现自动和手动调整控制大车行走。 行走大车能够安全、有效的运行和制动。
二是，本发明STS大车防阵风控制系统控制STS大车在风速越大时， 大车行走速度越低，比例常数＝1/196。当风速较大时能够以较低的速度运 行STS大车行走，抑制干扰的能力。对元件特性变化不敏感，并能改善系 统的响应特性。
闭环控制
三是，本发明STS大车防阵风控制系统是先建立驱动STS大车行走 电机的励磁控制模式后，再打开主动轮制动器、夹轮器等防止大风的保 护装置运行STS大车。STS大车启动瞬间能够抑制干扰的能力，及时有效 的调整和控制行走大车。
四是，本发明增速机构中的变频器实时对PLC给定的大车行走给定 速度，速度编码器实时反馈实际速度的偏差值补偿，形成闭环控制系统， 实时检测反馈行走大车的运行情况，并产生相应的控制消除偏差。
五是，安装在从动轮上的增速机构结构简单，安装及维护便捷，维 修成本低。消除行走大车实际运行速度与速度编码器反馈误差。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部 分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的 不当限定。在附图中：
图1是本发明电气控制系统示意图；
图2是本发明增速机构的立体结构示意图；
图3是本发明大车行走给定速度控制的程序示意图；
图4是本明控制实时风速给定大车行走速度的曲线示意图；
图5是本发明STS大车防阵风控制系统流程示意图；
图6是现有技术STS大车防风控制系统流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明 白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此 处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使 用术语“第一”、“第二”或“第三”等，都是为了区别不同对象，而不是 用于描述特定顺序。
本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，对于 方位词，如使用术语“中心”、“横向”、“纵向”、“水平”、“垂直”、 “顶”、“底”、“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、 “右”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位或位置关系乃基于附图所示的 方位和位置关系，且仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗 示所指的装置或元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，所以 也不能理解为限制本发明的具体保护范围。
本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使 用术语“固接”或“固定连接”，应作广义理解，即两者之间没有位移关系 和相对转动关系的任何连接方式，也就是说包括不可拆卸地固定连接、可拆 卸地固定连接、连为一体以及通过其他装置或元件固定连接。
本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，如使用术语“包括”、“具 有”以及它们的变形，意图在于“包含但不限于”。
现结合图1至图5，对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。
本发明STS大车防阵风控制系统包括连接PLC控制器的风速仪传感器、 大车手柄操作控制器、一变频器、增速机构和一大风选择开关。该PLC控制 器为岸边集装箱起重机STS大车防风控制的西门子PLC控制器。所述风速仪 传感器通过4-20mA信号控制信号电缆连接到PLC控制器；大车手柄操作控 制器和大风选择开关设置在司机室，所述大车手柄操作控制器通过通信电缆 或控制信号电缆连接到PLC控制器，所述大风选择开关通过控制信号电缆连 接到PLC控制器；PLC控制器与变频器采用通信电缆连接。
具体的，本发明STS大车的驱动大车机构包括主动轮，该主动轮驱动从 动轮，驱动主动轮的行走电机1采用电源控制电缆连接变频器。所述从动轮 包括海侧从动轮和陆侧从动轮4，所述增速机构装设在海侧从动轮或陆侧从 动轮4上。
在本实施例中，增速机构装设在陆侧从动轮4上。如图1所示，所述增 速机构包括固定在一支座6上的增速器8和速度编码器5，该支座6固定连 接在一行走梁2上，陆侧从动轮4装设在该行走梁2内部，于该行走梁外部 还装设有驱动主动轮的行走电机1，主动轮与该行走电机1之间还连接有一 行走减速器3。所述支座6与该行走减速器3均装设在所述行走梁2外部。 一不锈钢防护罩罩设在增速器8和速度编码器5外，并固定连接在支座6上。
所述增速器8连接在陆侧从动轮4的轮轴上，该增速器8的末端连接速 度编码器5，该速度编码器5采用控制信号电缆连接变频器，以使该陆侧从 动轮4通过轮轴带动增速器8旋转，并通过连接该增速器8的速度编码器5 将“大车行走实时速度”反馈给变频器。
如图5所示，司机在操作本发明STS大车启动时，是由大车手柄操作控 制器给定大车行走命令后，通过PLC控制器给所述变频器输出大车行走命令， 采用电源控制电缆连接该变频器的行走电机1建立力矩并反馈给PLC控制器， 当力矩大于0后打开陆侧从动轮4上的夹轮器等防止大风的保护装置，及主 动轮制动器，以启动本发明STS大车。本发明STS大车防阵风控制系统是先 建立行走电机1的励磁控制模式后，再打开夹轮器等防止大风的保护装置、 及主动轮制动器启动STS大车。STS大车在启动瞬间能够抑制外界干扰及时 对行走大车进行有效的控制。
本发明STS大车启动的同时，大车手柄操作控制器给定的“大车手柄给 定速度”和“大车手柄给定最大速度”或大风选择开关限制大车行走给定速 度的最大速度为20％的大车手柄给定最大速度，再通过PLC控制器输出“大 车行走给定速度”给变频器，再由变频器根据“大车行走给定速度”驱动主 动轮上的行走电机1通过主动轮运行大车。
增速机构的速度编码器5通过控制信号电缆实时反馈给变频器“大车行 走实时速度”。该变频器实时对PLC控制器输出的“大车行走给定速度”，和 速度编码器实时反馈的“大车行走实时速度”两者之间的偏差值补偿，确保 STS大车运行时大车行走给定速度和大车行走实时速度一致，形成闭环控制 系统,有效抑制外界干扰和安全有效的控制大车行走。
具体的，如图1和图3所示，本发明大车手柄操作控制器和大风选择开 关设置在司机室，该大风选择开关通过控制信号电缆连接到PLC控制器；所 述大车手柄操作控制器通过通信电缆或控制信号电缆连接到PLC控制器，大 车行走命令是由该大车手柄控制器输入给PLC控制器的。操作司机通过大车 手柄操作控制器给PLC控制器输入大车手柄给定速度及大车手柄给定最大速 度或大风选择开关手动命令通过PLC控制器限制大车行走给定速度的最大速 度为20％大车手柄给定最大速度。
本发明风速仪传感器设置在塔架上，通过4-20mA信号控制信号电缆连 接到PLC控制器。该风速仪传感器采集“实时风速“输入给PLC控制器，由 PLC控制器通过计算得出“实时风速给定大车行走速度”＝(大车行走最大风 速-实时风速)*(大车行走最大风速-实时风速)/196*大车手柄给定最大速 度。其中，196为控制速比常数；大车手柄给定最大速度为大车行走额定速 度。
现以正常工作最大风速＝20m/s；大车行走最大风速＝34m/s为例，说明 本发明自动控制模式和手动控制模式下，PLC控制器输出的大车行走给定速 度。
当风速仪传感器监测到实时风速大于正常工作最大风速20m/s，小于大 车行走最大风速34m/s时，实时风速给定大车行走速度/大车手柄给定最大 速度(大车行走额定速度)＝(大车行走最大风速-实时风速)*(大车行走最大 风速-实时风速)/196。
在自动控制模式下，大车手柄给定速度及大车手柄给定最大速度是由大 车手柄控制器输入给PLC控制器的，若大车手柄给定速度/大车手柄给定最大 速度大于实时风速给定大车行走速度/大车手柄给定最大速度时，则大车行走 给定速度为实时风速给定大车行走速度；若大车手柄给定速度/大车手柄给定 最大速度小于实时风速给定大车行走速度/大车手柄给定最大速度时，则大车 手柄给定速度为大车行走给定速度。该大车行走给定速度由PLC控制器输出 给变频器，由变频器驱动大车机构的主动轮上的行走电机运行STS大车。若 有故障时,PLC控制器输出故障信号可以传入STS大车的故障监控管理系统。
操作司机若感觉大风，可操作“大风选择开关”手动命令通过PLC控制 器限制大车行走给定速度的最大速度为20％的大车手柄给定最大速度，进行 手动控制模式。当“大风选择开关”选择时，若大车手柄给定速度/大车手柄 给定最大速度大于20％且实时风速给定大车行走速度/大车手柄给定最大速 度大于20％时，则大车行走给定速度为20％的大车手柄给定最大速度；若大车 手柄给定速度/大车手柄给定最大速度大于20％且实时风速给定大车行走速 度/大车手柄给定最大速度小于20％时，则实时风速给定大车行走速度为大车 行走给定速度；若大车手柄给定速度/大车手柄给定最大速度小于20％且大车 手柄给定速度/大车手柄给定最大速度大于实时风速给定大车行走速度/大车 手柄给定最大速度时，则大车行走给定速度为实时风速给定大车行走速度； 若大大车手柄给定速度/大车手柄给定最大速度小于20％且大车手柄给定速 度/大车手柄给定最大速度小于实时风速给定大车行走速度/大车手柄给定最 大速度时，则大车手柄给定速度为大车行走给定速度。该大车行走给定速度 由PLC控制器输出给变频器，由变频器驱动大车机构的主动轮上的行走电机 运行STS大车。若有故障时,PLC控制器输出故障信号可以传入STS大车的 故障监控管理系统。
当风速仪传感器监测到实时风速大于大车行走最大风速34m/s时，大车 在运行中及时降低大车行走速度直至停止大车运行，大车未运行时禁止运行 大车行走。
当风速仪传感器监测到实时风速小于正常工作最大风速＝20m/s，处于无 大风正常工作模式下时，大车手柄给定速度为大车行走给定速度。
本发明STS大车防阵风控制系统的整个控制系统可实现自动控制和手动 控制，具有实时故障检测功能，确保STS大车在受阵风影响时能够安全、可 靠、有效的运行。
本发明风速仪传感器设置在塔架上，通过4-20mA信号控制信号电缆连 接到PLC控制器；“大车手柄操作控制器”大风选择开关”设置在司机室， 所述“大车手柄操作控制器”通过通信电缆或控制信号电缆连接到PLC控制 器，所述“大风选择开关”通过控制信号电缆连接到PLC控制器；PLC控制 器与变频器采用通信电缆连接；变频器与从动轮上的速度编码器采用控制信 号电缆连接；变频器与行走电机采用电源控制电缆连接。
进一步，为了保证STS大车行走能够有效的抑制阵风的干扰，安全有效 的运行和制动，实时风速给定大车行走速度控制曲线如图4所示，图中的大 车行走速度给定百分比(％)是指大车手柄给定速度与大车手柄给定最大速度 的比值。实时风速大于正常工作最大风速20m/s，小于大车行走最大风速34 m/s时，“实时风速给定大车行走速度”＝(大车行走最大风速-实时风速)* (大车行走最大风速-实时风速)/196*大车手柄给定最大速度。当实时风速 越大时，实时风速给定大车行走速度越低，比例常数＝1/196。当风速较大时 能过以较低的速度运行大车行走，确保有足够反作用力抑制阵风袭击的干扰。
上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范 围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该 理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有 代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举 例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保 护范围的限制。
上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发 明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用 于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上 述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变 化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。